- Kalkış Akımı nedir?
- Bir cihazda Kalkış Akımına ne sebep olur?
- Ani Akım Koruma Devreleri - Tipler
- Yumuşak Başlatma veya Gecikme devresi
- Ani Akım Koruma Devresini nerede ve neden dikkate almalıyız?
- Kalkış Akımı nasıl ölçülür:
- Bir Ani Akım Koruma Devresi tasarlarken dikkate alınacak faktörler:
Bir elektronik devrenin dayanıklılığı ve güvenilirliği, ürün fiilen kullanımda olduğunda pratik olarak ortaya çıkabilecek tüm olasılıklar dikkate alınarak ne kadar iyi tasarlandığına büyük ölçüde bağlıdır. Bu, özellikle AC-DC Dönüştürücüler veya SMPS Devreleri gibi tüm güç kaynağı birimleri için geçerlidir, çünkü bunlar doğrudan AC şebekesine bağlanır ve değişken bir yük onları aşırı gerilimlere, ani voltaj yükselmelerine, aşırı yüklenmeye vb. Duyarlı hale getirir. Tasarımlarındaki birçok Koruma devresi türü, zaten birçok popüler koruma devresini ele aldık.
- Aşırı Gerilim Koruması
- Aşırı Akım Koruması
- Ters Polarite Koruması
- Atış devresi Koruması
Daha önce Kalkış akımını tartıştık, bu makalede Güç kaynağı tasarımlarınızı ani akımlardan korumak için bir ani akım sınırlayıcı devrelerinin nasıl tasarlanacağını tartışacağız. İlk önce ani akımın ne olduğunu ve neden üretildiğini anlayacağız. Ardından, ani akımı korumak için kullanılabilecek farklı devre tasarım türlerini tartışacağız ve son olarak cihazınızı ani akımdan korumak için bazı ipuçlarıyla sonuçlandıracağız. Öyleyse başlayalım.
Kalkış Akımı nedir?
Adından da anlaşılacağı gibi, "ani akım" terimi , ilk aşamada bir cihaz açıldığında devreye büyük miktarda akımın aktığını gösterir. Tanım gereği, bir elektrikli cihazın açıldığında çektiği maksimum anlık giriş akımı olarak tanımlanabilir. Bu davranış, ani akım değerinin normalde nominal değerlerden yirmi veya otuz kat daha fazla olacağı Transformatörler ve Motorlar gibi AC endüktif yüklerde iyi gözlemlenebilir. Kalkış akımının değeri çok yüksek olmasına rağmen, sadece birkaç milisaniye veya mikrosaniye için meydana gelir, bu nedenle bir metre olmadan fark edilemez. Kalkış akımı ayrıca Giriş dalgalanma akımı veya Açma dalgalanması olarak da adlandırılabiliruygunluğa göre akım. Bu fenomen daha fazla AC yüklerinde olduğu için, AC Kalkış akımı sınırlayıcısı DC muadilinden daha fazla kullanılır.
Her devre, devrenin durumuna bağlı olarak bir kaynaktan akım çeker. Boşta durum, normal çalışma durumu ve maksimum çalışma durumu olan üç durumu olan bir devre varsayalım. Boşta durumunda, devre 1mA akım çeker, normal çalışma durumunda devre 500mA akım çeker ve maksimum çalışma durumunda 1000mA veya 1A akım çekebilir. Bu nedenle, devre çoğunlukla normal durumda çalışıyorsa, 500mA devre için sabit durum akımı, 1A ise devre tarafından çekilen tepe akımıdır diyebiliriz.
Bu oldukça doğru, çalışması kolay ve basit matematik. Ancak, daha önce de belirtildiği gibi, devre tarafından çekilen akımın sabit durum akımından 20 hatta 40 kat daha büyük olabileceği başka bir durum vardır. Bu bir devre aşamasında başlangıç durumu veya güç. Şimdi, neden bu yüksek akım düşük akım uygulaması için derecelendirildiği için devre tarafından aniden çekiliyor? Önceki örnekte olduğu gibi, 1mA ila 1000mA.
Bir cihazda Kalkış Akımına ne sebep olur?
Soruları cevaplamak için indüktör ve motor bobinlerinin manyetik alanlarına girmemiz gerekiyor, ancak başlamak için şunu düşünelim, bu büyük bir dolabı hareket ettirmek veya bir araba çekmek gibi, başlangıçta yüksek enerjiye ihtiyacımız var, ancak işler hareket etmeye başladığında, Daha kolay. Bir devre içinde tam olarak aynı şey olur. Hemen hemen her devre, özellikle güç kaynakları, büyük değerli kapasitörler ve indüktörler, bobinler ve Transformatörler (büyük bir indüktör) kullanır; bunların tümü, çalışmaları için gerekli olan manyetik veya elektrik alanını geliştirmek için büyük bir başlangıç akımı çeker. Böylece devrenin girişi aniden düşük bir direnç (empedans) yolu sağlar ve bu da devreye büyük bir akım değerinin akmasına izin verir.
Kondansatörler ve indüktörler, tamamen şarj edilmiş veya deşarj durumunda olduklarında farklı davranırlar. Örneğin, tamamen boşalmış bir durumda olan bir kapasitör, düşük empedans nedeniyle kısa devre görevi görürken, tam şarjlı bir kapasitör, filtre kapasitör olarak bağlanırsa dc'yi yumuşatır. Ancak, çok kısa bir zaman dilimi; birkaç milisaniye içinde kapasitör şarj olur. Bir devrede nasıl çalıştığını daha iyi anlamak için bir kapasitörün ESR ve ESL değerlerini de okuyabilirsiniz.
Öte yandan, Transformatörler, motorlar ve indüktörler (tüm bobinle ilgili şeyler), başlatma sırasında geri emf üretir, ayrıca şarj durumu sırasında çok yüksek akım gerektirir. Normalde, giriş akımını sabit bir duruma sabitlemek için birkaç akım döngüsü gerekir. Bir devrede indüktörlerin nasıl çalıştığını daha iyi anlamak için indüktördeki DCR değerini de okuyabilirsiniz.
Yukarıdaki resimde, bir akım ve zaman grafiği gösterilmektedir. Milisaniye cinsinden gösterilen süre, ancak bu mikrosaniye cinsinden de olabilir. Ancak başlangıç sırasında akım artmaya başlar ve maksimum tepe akımı 6A'dır. Çok kısa bir süre için var olan ani akımdır. Ancak ani akımdan sonra, akım akışı.5A veya 500mA değerinde kararlı hale gelir. Bu, devrenin sabit durum akımıdır.
Bu nedenle, giriş voltajı güç kaynağına uygulandığında veya çok yüksek kapasitans veya endüktansa veya her ikisine sahip bir devrede, ani akım oluşur. Kalkış akımı grafiğinde gösterildiği gibi bu başlangıç akımı, giriş anahtarının erimesine veya patlamasına neden olmak için çok yükselir.
Ani Akım Koruma Devreleri - Tipler
Cihazınızı ani akımdan korumanın birçok yöntemi vardır ve devreyi ani akımdan korumak için farklı bileşenler mevcuttur. Kalkış akımının üstesinden gelmek için etkili yöntemlerin listesi:
Direnç sınır yöntemi
Direnç sınır yöntemini kullanarak ani akım sınırlayıcısını tasarlamanın iki yolu vardır. Birincisi, devre hattındaki akım akışını azaltmak için seri direnç eklemek, diğeri ise AC besleme girişinde hat filtre empedansı kullanmaktır.
Ancak bu yöntem, yüksek çıkışlı bir akım devresine ekleme yapmanın etkili bir yolu değildir. Sebep açıktır çünkü direnişi içerir. Ani akım direnci normal çalışma sırasında ısıtılır ve etkinliğini azaltır alır. Direnç watt değeri uygulama gereksinimine bağlıdır, tipik olarak 1W ila 4W arasında değişir.
Termistör veya NTC tabanlı akım sınırlayıcı
T hermistor, sıcaklığa bağlı olarak direnci değiştiren, sıcaklık bağlantılı bir dirençtir. Bir NTC kalkmasında, akım sınırlayıcı devresi direnç sınırlama yöntemine benzer, Termistör veya NTC (Negatif sıcaklık katsayısı) da girişle seri olarak kullanılır.
Termistörler, farklı sıcaklıklarda, özellikle düşük sıcaklıklarda değişen direnç değeri özelliklerine sahiptir. Termistör, yüksek değerli bir direnç gibi davranırken, yüksek sıcaklıklarda düşük değerli direnç sağlar. Bu özellik, Ani akım sınırlama uygulaması için kullanılır.
Devrenin ilk başlangıcı sırasında, NTC, ani akım akışını azaltan yüksek değerli direnç sağlar. Ancak devre sabit durum durumuna girdiğinde, NTC'nin sıcaklığı artmaya başlar ve bu da düşük dirençle sonuçlanır. NTC, ani akımı kontrol etmek için çok etkili bir yöntemdir.
Yumuşak Başlatma veya Gecikme devresi
Farklı tipte voltaj regülatörü DC / DC dönüştürücüler , ani akım etkisini azaltmak için yumuşak başlatma veya gecikme devresini kullanır. Bu tür bir işlevsellik, yüksek değerli bir kapasitif yüke bağlandığında çıkış akımını etkili bir şekilde azaltan çıkış yükselme süresini değiştirmemizi sağlar.
Örneğin, Texas Instruments'tan 1.5A Ultra-LDO TPS742, kullanıcının basit bir harici kapasitör kullanarak Doğrusal Başlatma'yı yapılandırabileceği programlanabilir yumuşak başlatma pini sunar. Aşağıdaki devre şemasında, yumuşak başlatma süresinin CSS kondansatörü kullanılarak SS pini kullanılarak yapılandırılabildiği bir TPS742 devresi gösterilmektedir.
Ani Akım Koruma Devresini nerede ve neden dikkate almalıyız?
Daha önce tartışıldığı gibi, yüksek değerli kapasitans veya endüktansın mevcut olduğu devrede, bir ani akım koruma devresi gereklidir. Kalkış akımı devresi, devrenin ilk başlangıç aşamasında yüksek akım gereksinimini dengeler. Bir ani akım sınırlayıcı devresi, giriş akımını sınırlar ve kaynağı ve ana cihazı daha güvenli tutar. Çünkü yüksek bir ani akım, devrenin arıza olasılığını arttırır ve bunun reddedilmesi gerekir. Kalkış akımı, aşağıdaki nedenlerden dolayı zararlıdır:
- Yüksek ani akım, kaynak güç kaynağını etkiler.
- Çoğunlukla yüksek ani akım, kaynak voltajını düşürür ve mikro denetleyici tabanlı devreler için bir karartma sıfırlamasıyla sonuçlanır.
- Birkaç durumda devreye sağlanan akım miktarı, yük devresinin kabul edilebilir maksimum voltajının ötesine geçerek yükte kalıcı hasara neden olur.
- Yüksek voltajlı AC motorlarda, yüksek ani akım, güç anahtarının takılmasına veya bazen yanmasına neden olur.
- PCB kartı izleri, belirli bir akım değeri taşımak için yapılır. Yüksek akım, PCB kartı izlerini potansiyel olarak zayıflatabilir.
Bu nedenle, ani akımın etkisini en aza indirmek için, giriş kapasitansının çok yüksek olduğu veya büyük bir endüktansa sahip olduğu bir ani akım sınırlayıcı devresi sağlamak önemlidir.
Kalkış Akımı nasıl ölçülür:
Kalkış akımını ölçmenin temel zorluğu, hızlı zaman aralığıdır. Kalkış akımı, yük kapasitansına bağlı olarak birkaç milisaniye (hatta mikrosaniye) boyunca meydana gelir. Zaman aralığının değeri genellikle 20-100 milisaniyeden farklıdır.
En kolay yol, ani akımı ölçme seçeneğine sahip olan özel pens ampermetre kullanmaktır. Sayaç, yüksek akım tarafından tetiklenir ve maksimum ani akımı elde etmek için birden fazla numune alır.
Diğer bir yöntem, yüksek frekanslı bir osiloskop kullanmaktır, ancak bu işlem biraz zordur. Çok düşük değerli bir şönt direnç kullanılması gerekir ve şönt direnci üzerinden bağlanmak için iki kanal gerekir. Bu iki probun farklı işlevlerini kullanarak maksimum tepe akımı elde edilebilir. GND probunu bağlarken dikkatli olunması gerekir, direnç boyunca yanlış bağlantı kısa devreye neden olabilir. GND'nin, GND devresine bağlanması gerekir. Aşağıdaki görüntü, yukarıda bahsedilen tekniğin temsilidir.
Bir Ani Akım Koruma Devresi tasarlarken dikkate alınacak faktörler:
Kalkış akımı sınırlama yöntemini seçmeden önce bazı farklı faktörlerin ve spesifikasyonların dikkate alınması gerekir. İşte birkaç temel parametrenin bir listesi -
1. Yükün kapasitans değeri
Yükün kapasitansı, ani akım sınırlama devresinin özelliklerini seçmek için gerekli parametrelerdir. Yüksek kapasitans, başlatma sırasında yüksek bir geçici akım gerektirir. Böyle bir durum için etkili bir yumuşak başlangıç devresi gereklidir.
2. Kararlı durum akım derecesi
Sabit durum akımı, akım sınırlayıcının verimliliği için çok büyük bir faktördür. Örneğin, direnç sınır yöntemi kullanılırsa, yüksek sabit durum akımı, artan sıcaklığa ve düşük verime neden olabilir. NTC tabanlı akım sınırlama devresi bir seçim olabilir.
3. Anahtarlama zamanı
Belirli bir zaman aralığında yükün ne kadar hızlı açılıp kapanacağı, ani akım sınırlama yöntemini seçmek için başka bir parametredir. Örneğin, açma / kapama süresi çok hızlıysa, NTC devreyi ani akımdan koruyamaz. Çünkü ilk çevrim sıfırlamasından sonra, yük devresi çok kısa bir süre içinde kapanıp açılırsa NTC soğumaz. bu nedenle ilk başlatma direnci artırılamaz ve ani akım NTC üzerinden atlanır.
4. Düşük voltaj ve Düşük akım çalışması
Özel durumlarda, devre tasarımı sırasında, güç kaynağı ve yük aynı devre içinde mevcutsa, ani akımı azaltmak için yumuşak başlatma özelliğine sahip voltaj regülatörü veya LDO'lar kullanmak daha akıllıca olacaktır. Böyle bir durumda uygulama düşük voltajlı bir düşük akım uygulamasıdır.